автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Метод расчета и исследование гидродинамическоого подшипника скольжения с вращающейся втулкой

На правах рукописи

МЕТОД РАСЧЕТА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ С ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ВТУЛКОЙ

Специальность 0102.02 — машиноведение и детали глашнн

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань—1.996

Работа выполнена в Казанском ордена Трудового Красного Знамени государственной технологи¿ес^ои университете.

Научные руководители: Член-корреспондент АН Татарстана,

доктор технических наук, профессор Максимов В. А.,

кандидат технических наук, доцент Палладий А. В.

Официальные оппонгнти: Заслуженный деятель науки п

техники РФ,

доктор технических наук, профессор Шнепп В. Б.,

Заслуженный деятель науки и техники РТ,

кандидат технических наук, Репин В. А.

Ведущее предприятие: АО „КамАЗ"

Защита состоится .28 *1996 года в № часов па заседании диссертационного совета К 063.37.05 в Казанском государственном технологическом университете но адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 63.

С диссертацией цозкно ознакомиться в библиотеке КГТУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 68, диссертационный Совет К 063.37.05.

Автореферат разослан . 25* оКтя&'ря Ю96 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, К. 063.37.05,

кандидат технических наук, доцеыт /Б. Хадиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Надежность,экономичность,а во многих слу-; чаях габариты и масса проектируемых машин, в значительной степени определяются конструктивным исполнением подшипниковых узлов. Рост окрутаых скоростей, увеличение нестационарных нагрузок, работа в напрякакком тепловом режиме ставят перед конструкторами и технологами актуальную задачу совершенствования существующих конструкций опорных узлов и методов их расчета. Одни« из эффективных способов снижения вибрация роторных машин и уменьшения потерь мощности в опорах является использование гидродинамических опорных подшипников сколь дения с пдаваэдей вращающейся втулкой (ШШЗ).Они нашли широкое применение в. малоразмерных высокоскоростных турбокомпрессорах для наддува двигателей автоюбилей» а также используются в турбогенераторах и газовых турбинах, сепараторах и центрифугах, в опорных узлах редукторов и мультипликаторов, в качестве коренных и шатунных подшипников двигателей и т.д. ИПВВ обладают рядом преимуществ перед другими типами подпипников сколь.те-пит которые могут быть реализованы только при оптимальных конструктивных параметрах подазшшзка, полученных на основе многовариантных расчетов.

Известные методы расчета ППВВ не позволяют рассчитать весь комплекс выходных параметров' яра произвольном характере силовыл воздействий, заданных условиях подачи смазки и температурной ре-яиш. Недостаточная разработанность методов расчета характеристик ППВВ приводит к тому, что на стадии проектирования роторных масии конструктивные параметры подЪиш:з'.овых узлов выбирают без достаточного. обоснования, а процесс га доводки растягивается и сопровождается длительными эксплуахагсяяными испытания).«.

Настоящая работа посвящена разработке метода расчета.и исследованию характеристик гидродинашческого подшипника скольжения с плавающей вращаодзйся втулкой.

Сель работы. Разработать метод расчета ППВВ , позволяющий на этапе проектирования роторных машин получать .комплекс выходных параметров, характеризующих работоспособность и экономичность подшипника. моделировать нелинейные динамические и тепловые процессы в системе "вал-смазочные слои-вращающаяся втулка" и на этой оснсзе -сокращать затраты времени и средств на создание, эспери-ментальные исследования и доводку конструкций опор с плавающими вращающимися втулками.

Задачи )!ссде;;ова::ий. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель, алгоритм и программу расчета на ЗБМ комплекса динамических характеристик ПЯВВ с учетом условий г.одачн смазки, а такта тепловик эффектов в смазочных слоях и связанных с ними явлений.

2. Разработать и создать экспериментальный стенд, а таю® программу и методику проведения и обработки результатов эксперк-ментальш« исследований.

3. Выполнить расчетное параметрическое и экспериментальное исследования опор с вращающимися втулками б широком диапазоне изменения параметров, близких к эксплуатационным.

4. Провести сопоставление полученных теоретических и экспериментальных результатов, а таюке сравнение с даннь:..« других авторов,

5. На основе решения практических задач разработать рекомендации по проектированию опор турбокомпрессоров с вращающимися втулками и выбору их оптимальных конструктивных параметров.

Научная новизна. Разработана математическая модель, описывающая процессы ъ смазочных слоях ППВВ с учетом нестационарного нагружения, условий подачи смазки, а также тепловых эффектов. Предложен метод реализации предполагаемой математической модели, его алгоритмическое и программное обеспечение.

В параметрическом исследовании изучено влияние основных геометрических и режимных параметров ППВВ, в широком диапазоне - их изменения, на режим работы поддипника и его характеристики.

Впервые получены экспериментальные- характеристик;; игорного узла с ППВВ опытного турбокомпрессора для наддува двигат-:?, автомобиля. Исследования проведены на основе полученных экспериментальных осциллограмм колебаний.

Практическая ценность. Использование ' предложенного метода расчета опор с ГОТВВ, алгоритмов и программ расчета позволяет выработать рекомендации по выбору оптимаяьных конструктивных параметров подшипника и способствует созданию роторнцх машин повышенной надежности и экономичности. Выполнение разработанным методом мкоговарцантньа расчетов сокращает затраты времени и средств на создание, экспериментальные исследования л доводку конструкций опор с ърешадкмиея втулками различных малин.

Реалиьация работы г, прзкь-плеккоети. Методическое, алгоритми-•■--"кое и программное обеспечение расчета характеристик гидродина-

•"■"0 опорного подшипника с врааакаейся втулкой в ейде комп-

ЛеКТа ЛГИКЛХЧ'Ш* ьрогргшм ПНедрОНО ];а АО "КЛ'гмЛЭ" И ИСПОЛЬПО№|ЛОСЬ при прор> д—нии п;:ра«егричеоких исследований характеристик опорного у^ла туроокомпрбосора ТКР7С-5. С^рм>'лиров?кы рекомендации по сииерш.'нсгчопаыг! ГПТР-В.

Разработанные программа и методика проведения акепериыпта, методика обработки результате!! экспериментальных исследований РИедрОНИ ¡1 сытно-промышленное производство и иопо.г.ьаук'гсл лри опытном определении характеристик я отработке конструкций опорнкх узлов турбокомпрессоров различных типоразмеров и модификаций.

Основное положения и результаты диссертационной работе докладывались на IX и X международных научноттех-нпческих конференциях ло комгсрессороотроению (Казань. 1093,10У5), на яаучмо-техпич^ском семинаре "Внутрикамерние процессы. Струйная акустика и диагностика" ь ЖВКИУ ГВ им. Ы Н. Чистякова (Казань, 1534). на международной научно-технической конференции "Механика машиностроения" (№йерямшэ Челны,1995), на международной научно-технической конференции "Вакуум-(Кэзааь,11?У6), отчетных научно-технических конференциях КГТУ.

Публикаига. По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ.

Структура и оотем работы. Диссертационная работа состой г га введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста, содержащего 2 таблицы, 70 рисунков, Слисок лнтературч включает 10й наименования. В приложеьяи представлены акты внедрения разработок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ •

Бо введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследований, описаны структура и <?бъем работы.

Первая глава диссертации нос:« обзорно-постановочный характер и состоит из четырех разделов. В первом разделе рассматривают -ся принцип работа у особенности конструкции ПЛЕВ, области их применения, приводятся характерные размеры и конетруктиг-чше соотношения опор. ППВВ (рис. и оодер.тат два см^зочннх слоя: внутренний 1 и наружный 2. 'Тактически ППББ состоит из двух подшипников. которые условно называют внутренним и наружны//. Рабочими поверхностями полшшников являются поверхности вала о, ьтудкя < к корпуса 6. В ГЛЕБ через сверление 6 подается масло -ас;-, лахтйк'/зм р„.Ско поступает в распределительную какашку ? и далее черзз отверстия й . ь

с

т.

—тЧ- ч, УЛ щ

1 X в< В/ -1—1 сг

Рис.1. Подшипник скольжения с гиг .ающей вращающейся втулкой

кольцевую канавку 9 и во внутренний сказочный слой.

:При вращгнии вала с угловой скоростью О, внутренний масляный . слой .увлекает за собой втулк" 4. Угловая скорость вращения втулки• зависит от геометрических и режимных параметров внутреннего и наружного подшипников, а также от физических свойств масла. Все геометрические размеры внутреннего подшипника обозначены с индексом 1, наружного - с ичпексом 2, канавки - с индексом "к". Внутренний подшипник разбит кольцевой канавкой 9 на два полуподшипника шириной В,, наружный - распределительной канавкой 7 на два по-■ дуподшншшка шириной Вг. работающих с перепадом давлений на торцах. Средние радиальные газори во внутреннем'и наружном подшипниках обозначены 5, и 8г ,. радиусы вала и втулки соответственно и 132. Распределительная канавка имеет ширину В^во внегреннем и в наружном подшипнике и глубину Ьк, и ЬКг соответственно.

Во втором разделе рассмотрены экспериментальные исследования ППВВ, проведенные различными авторами. Экспериментально установлено, что ПЛЕВ имеют низкие потери иовдости ка трение и высокую демпфирующую способность, по сравнению с другим! типами подшипников -скольжения. При этом ППБВ могут удовлетворительно работать в

H'.-ycT/iViüboil, с точки ¡ирония линейной тгорш, области и полаадять резонансны* либрации роторов.

В TfOTi.eM раз/vie лрлволги ллтегатурпыЯ обзор извести,'« методой расчет» îтез. Покачано, что расчо'.'ы и ксслэдопш'ил статических характеристик подшипника представлены л работах '¡¿рн.-шского, Оркнта и Иг, Танпк!! и Хори, Уилкока и других авторов. Динамические хг-рактсрисп-ки ППРЛ исследованы л работах Годе, Зозат.ч, /и, однако. н принятых ^тематических моделях не учитывались услоияя подачи смазки, a такде тепловые сФГ^ктм в смазочных слоях и сгязш-ные и ними явления. Гидродинамические реакции смазки определились приближенными л-етодами подышгостл и импеданса, а щт-шаиюать смазочных слоев принималась заданной и равной 0-3t и 0-УЯ.,£ целом, рассмотренные метода расчета позволяют, в лучием случив, лыш> качественно оценить работу ГШВВ и иэ могут яэлптся основой ¡шхе-иернух расчетов.

Б четвертом раздел* даются выьоды.в которых отмечаются актуальность разработки математических моделей и методов расчета 1ШБВ, полнее и точнее отражмдах конструктивные особенности опор и реалыя:е условия их работы. Анализ отечественных' к зарубелных публикаций показал рост с начала 80-х годов интереса к этой проблеме. Известные магматические медали и методы расчета не позволяют определить весь комплекс выходных параметров ПТШ с учетом реальных условий их работы. Исходя кз приведенного ямж анализа сформулированы цели и задачи исследования.

Sropaq глава посвящена разработке математической ».¡одели гидродинамического ППВВ.

Совместное решение уравнений дзихения вязкой жидкости, полученные на основе общепринятых допущений гидродинамической теории смазки из уравнений Навье-Сгокса и уравнения неразрывности. пои--Есляег получить обобщенное уравнение Гс-йнольдса для давлений о1, которое для случая течения несжимаемой жидкости во внутреннем смазочном слое имеет вид:

<L (JÉ ¿Pi \ . Í/^^U^H")-' ti?. ^ 'i)

где tpt, z¡ -координаты в окрриом осевом направлении, р., -коу^и-пиект динамической вязкости смазки. Л, -толезмк смазочного слоя, L/,, и( -скорости движения поверхности .чала и ьнутр'й.ч.,-:? поверхности ъгугух. t -гремя.

Принимая во внимание то, что применяемые в технике ПП5В vm-кт относительную ширину -Б,/R,, не пре^таухцу» 1, ра^учко лг

пользовать основное уравнение короткого подпипник*-», которое в безразмерной форме имеет вод:

бх,!дг(/ 1 ' дчъ ' дъ

1

Аналогично получаем уравнение Рейнольдеа для давлений рг & наружном смазочном слое:

(3)

.А, дг21 д% ог

где »ад БД^ЦЙ,/?,;/{**Р-*/#о > Ъ ~'> ф£= Ф£/0,} 5 г-Ь/Т,; № Тг ; 6- /,2.

Для решения уравнений (2) и (3) использовались следующие граничные условия: _

2,-^-0, Д-Р«,, 7 • (4)

, Д-0 , /

где г1~Вг/В1> 'Рг-Даьдание подачи смазки.

При этом на функцию дагления накладывалось дополнительное условие, исключающее из репения обл&сть разрыва смазочного слоя:

р£ (Ф; Дг) - Г Й р; >рш5,

1Р«8, й-^рыг, (5)

где риоз -давление разрыва смазки,

Такой способ задания граничных условий позволяет учесть г.таяние давления подачи на протяженность смазочных слоев и характер:--¿¡тики ППВй

Тепловое состояние ШШВ описывается уравнениями теплового баланса ь несущем внутреннем и наружном смазочных слоях:

При определении средних температур в смазочных слоях ППЗВ и txs е обо??м случае учитываются чепловые потоки от вала (?е, корпуса через врашджЕуэея втулку При этом соответствующие коэКицкенп» теплоотдача считаются з?далн!лм и определенны!«! рас-чесным /лл экспериментальным путем. Расходы смазки в осевом нал-

рамочки ППВВ определлютсл интегрированием скоростей теноиия смазки. Мощности тепловыделений в рссулътате вязкого трения в сма-зоччых слоях подшл'пшка А^ и Щ вычисляли«, интогрировамием дкс-рипатиьной функции.

Зависимость динамической вязкости смазки в слое от температуры аппроксимируется экспоненциальной формулой Рейнолидса:

.щ-ехр(-ХЬа), (?) .

где р.0О,Я,&,/рс6',г -температурой коэффициент вязкости.

Шрахеьия для определения тоедян» смазочных слоев в ШПЗВ записаны в ел* дующем виде:

ь,« (1 со$(Ы<РгМ)•

1 (1+йгъ)(1--£г >

гда £ —су • ¿г~ртшеительтй эксцентриеитети центров шипа во внутреннем и втулки в наружном подшипниках ГЛРЗВ, , ^¿•соответствующие углы положения, , А2Ь -относительные изменений ьа-зороЕ вследствие температурных деформаций деталей подшипника.

Замыкает иатематичеекую модель система уравнений, описыиакг цая дзкжение центров ьала и втулки, которая в системе координат, связанной с центром расточки, корпуса, шеет вид:

Св)

£

Я>

. 1 5Ь;

1 ^[ЛДу-и С0${2тс[г* фм,)}+¿5%-6) ],

|> (0)

М ■

*. у

2.

А, =*>*!»В?&г/т1 (о,сГ,3;

XI, у I -проекции ускорений центров ¡липа и втулки, 8мС Ср^-око-цектрг.ситетм центров масс ваяя и втулки и фаговые углы эксцеятри-ситогоз, Р^ , , г,и , -проекции гидродинамических реакций

смазки и внешних нагрузок, mf,/7?2 -приведенная массь шипа л масса втулки, Iam-момент инерции массы втулки, М<,М2 -моюнты сил трения, прилолеаннз к ьяу^ренней и нарукасй поверхностям вращающейся втулку,, g -ускорение свободного падения.^

Гидро динамические реакции смазки Pi у </. Р(у , входящие в систему урапконий (9), определяются интегрированием соэтветствуюгсих полей давления, а моменты сил трения Mt и - интегрииованием полей касательных напряжений, полученных на основе закона Ньютона-Петрова.

Таким образом, приведенная система уравнений (2), (3j, (6)-(9) с учетом граничных условий (4), (5) описывает модель ППВВ с учетом условий подачи смазки, а также тепловых эффектов з сма-, зочннх слоях и связанных с в пул явлений.

В третьей главе приводится описание и обоснование методов реализации математической модели. Рас-чет ППВВ заключается в определении интегральных характеристик на основе полученных траекторий движения центров шипа и втулш. Определение траекторий движения производится интегрированием по времени от начальных условий системы уравнений (У). Систему уравнений движения (9) заменой переменных приводим к системе девяти нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка, разрешенных относительно производной. В таком виде система дифференциальных уравнений решалась неявным методом трвпеций, обеспечивающим устойчивость численного решения. Реализация программы применительно к решению системы уравнений (9), а также проведенный численный эксперимент, показали высокую эффективность данного метода.

На кавдом шаге решения необходимо определить гидро;мнс.:Д1чес-кие реакции смазки и, следовательно, вычислить распределение дав. яений в смазочных слоях подшипника. Распределение давлений в ППВЗ получим, интегрируя аналитически уравнения Рейнольдса ('¿) и (3) с принятыми граничными условиями (4), (5), с использованием выражений для определения толщины смазочных слоев в подшипнике (8).Вычисление двойных интегралов при расчете гидродинамических реакций производилось численно, используя модифицированный метод прямоугольников. Разработан эффективный алгоритм расчета реакций смазки, сочетающий использование аналитических выражений и численного решения, основанный на результатах исследований формы смазочного слоя е коротком подшипнике с подачэй смазки под давлением, полученных ТЬнон и Ибрагимом. При определении моментов сил трения, прило.>х*нкьа к врасакхдайся втулке и валу, принималось допущение, что трение происходит во всем зазоре внутреннего и наружного под-

Ï0

иипникоь, а так*», что в области разрыва смазочного слоя преобладает течение Иуэтта.

Из на'.альном' этапе расчета ППБВ на известны значения средних температур п смуэочшпс слоях подшипника ttj и tzs .соответствующие ям ко^Фициентн динамической вязкости смазки М, и }±г, а также относительные изменен:« зазоров вследствие температурных дефформа-цкй Лц и Л», Для расчета этих величин составляется и решается система нелинейных алгебраических уравнений, включающая уравнения теплового баланса, уравнения для определения относительных изменений зазорен? и уравнение ьрацения втулки в виде: М, - М^. -0.

Таким образом, расчет ППБВ и определение его характеристик производится следующим образом. Осуществляется ввод исходных данных и перевод параметров в безразмерный вид. Определив из решения задачи теплового расчета предварительные значения величин bis, ¿2г>Д| ,/t2 > ■ &it и & • а так«« задавкись начальными условиями по гременн л координатам,находится значение правой части сис-теш (9) и из решения этой системы дифференциальных уравнений вычисляются следующие по времени значения переменных. Решение продолжается до выхода на установившийся резшм работы, либо в пределах заданного промежутка времени. Условием окончания расчета является сходимость с заданной точностью значений средних температур, предварительно принятых и вновь вычисленных. Расчет ППВВ в целом производится с помощью комплекта разработанных программ, реализованных на ПЗЗМ. Решением задачи расчета ППВВ является комплекс-выходных параметров, включающий траектории движения и развертки колебаний центров вала и вращающейся втулки, суммарный объемный расход смазки в ППВВ (]&, сухарную мощность тепловыделений в смазочных слоях подшипника и потери мощности на валу среднюю относительную частоту вращения втулки . средние ti$ и максимальные ti'iwoK на выходе) температуры смазочных слоев и температуру смазки на сливе Ьск , .а также двойные амплитуды перемещения центров шипа и втулки 2Ai , величины минимальных зазоров ht/nin и значения максимальных эксцентриситетов шипа и втулки ¿¿та* на расчетных траекториях. Эти параметры непосредственно или косвенно характеризуют виброустойчивость ротора, ресурс трибосопряжений, работоспособность и экономичность ППВЕ При необходимости могут быть рассчитаны и выведены на печать поля давлений,а также распределение форш смазочных слоев в подшипнике"в зависимости от координат и времени и проведен спектральный анализ движения центров подвижных элементов.

В четвертой главе приводятся описание методики численного

И

исследования, а т^-тая результаты вышнвиных многоваркантних расчетов. В качесгзе объекта исследований выбрал ППВВ, геометрические и рожямкые параметры которого характерны для условий работы подшипника ь качестве опоры редуктора, турбогенератора, коренного подшпнича двигателя и т.д.

Методика численного исследования предусматривала изучение влияния отдельных реюшых и геометрических.параметров на выходные характеристики стационарно к нестационарно нагруженных подшипников, исследование работы ППВВ в области неустойчивого равновесного положения центров ¡липа л втулки, сравнение полеченных результатов с теоретическими и акснериментальныма данными других авторов и анализ полученных результатов.

Кн выходные характеристики стационарно нагруженных ППВВ существенное Елиание оказывают режимный параметр Ли*П,/р^ (р*, а также соотношения геомегрических параметров £ , (рис.?). При рзсчете ППВВ, работающих в области высоких значений 5 необходим учет реашшх условий теплообмена смазки о вашм, вриидацейся втулкой, корпусом. По сравнению с цилиндрическим подшипником сколж-ния ППВВ может обесточить пониженные до 50% потери мощности п при одинаковых значениях £/ имеет белее высокую не-суаую способность. Теоретические и экспериментальные данные исследований, проведенных Оркатом, Иг, Ли, Роде удовлетворительно согласуются о результатами расчетов по предлагаемой методике в сопоставимых условиях (рис.2).

Характеристики нестационарно нагруженных ППБВ.в значительной степени определяются ьеураЕновешепностьо вачз, задаваемой относительным эксцентриситетом масс £«(. частотой ьра^ения ротора Л» , соотношениям! геометрических размеров £ , , £ и условиями теплообмена. (рис. 3).В 51 ом режиме шип и втулка совершат.*? синхронную с вращением вала .прецессию по траекториям движения.

Изменение режимных и геометрических параметров ППВВ определенным образом (увеличение частоты врадения , давления подачи смазки р6, снижение удельной нагрузи на подшипник рт и г. д.) приводит к тому, что равновесное положение центроз вала и втулки становится неустойчивым и она совершают прецессионное движение в пределах соответствующих зазоров (рис.4).В данььэс исследованиях о работе подшипник ь этой области можно было судить по возрастанию амплитуд "колебаний центров шипа и втулки я, что более важно, по частоте колебательных движений. Выявлено несколько режимов работы ц!1ВЗ в данной области. Введение и увеличение динамической нагрузки приводит к подавлению низкочастотных колебаний. Во многих слу-

1С

ом ¡а

с.ю

ом

•••»А IIк.тр*

£Х

■I J

ГО

Ял. /

.1, и

И г

-'Г

а

-Я'/:

I,

5"л;

Г4

И-* 1

100 ; к",

!

___иф

--- т/!** Й

^»рерну! 1Гт

-дгг.1Я./в

лю ,

322:

11т

2П»Р

J

»«Г

Мы

»др.

■{-в?

Рис. г. Статические характеристик» ПЗШВ и сравнение 1 результатов, решения .

ос 2А;_

т»

ю

% Ау

2Лх

-Иь

70

1<х •с

ьо

осо ою 1.00 |л'""£'еЬ г» з.оо I 060 ш 'пн

о ш ш ».ю^;»)

| (М,-70Ш1/Н11И;I -2;.'? Ч 0 <?„,=5 Рис. 3. Дичами';ески9 характеристики ПЛЕВ

чаях это сопровождается снижением амплитуд колебаний и положите льно отражается на характеристиках ППВВ. Качественное влияние отдельных факторов на режим работы 13ИЗ подтверждается экспериментальными исследованиями Орката и Нг, Танаки и Хори.

В пятой главе приводится описание экспериментального стенда для исследования характеристик ПТШВ, изложена программа и методика проведении и обработки результатов эксперимента, дастся оценка погрешностей измерений, представлены результаты экспериментальных исследований в сравнении с расчетными данными, показана реализация результатов выполненной автором работы в опитно-промыЕлекноы производстве.

Экспериментальны« исследования проводились на универсальном безмоторном стенде научно-технического центра АО "КамАЗ". Объектом исследований являлся опорный узел с двумя ППйБ опытного турбокомпрессора ТКР7С-5 для наддува двигателей. В условиях, близких к натурным, проводились испытания турбокомпрессора с несколькими вариантами ГИШВ, отличающимися геометрическими размерами и конструктивным исполнением. Экспериментальный стенд был оборудован необходимой контрольно-измерительной аппаратурой. Программа испытаний включала ь себя замеры следующих параметров работы узла подшипников и турбокомпрессора: температуры масла на линии подачи и на сливе, давления масла на линии подачи, расхода смазки через турбокомпрессор, частоты вращения ротора и вращающейся втулки, амплитуд и частот колебаний центра зала ь двух сечениях и центра вращающейся втулки. Варьируемыми величинами являлись частота вращения ротора, давление и температура подаваемой смазки.

Полученные зкепериментпышм путем значения расхода смазки в подшипниковом узле повышения температуры смазки ¿Ь , потерь мощности на трение N пу и относительной частоты вращения втулки ОС. в це^ом удовлетворительно согласуются с результатами расчетных исследований (рис. 5). Расчетные и экспериментальные, полученные на оонове обработки осциллограмм колеСалий, зависимости относительной частоты прецессии вала и втулки ПП»*Г)от частоты враще-нпн ротора П^ также удовлетворительно согласуются ыежду собой (рис. 5>. Этс свидетельствует о том, что низкочастотные колебания ротора и вручающейся втулки осуслэвлеиы динамическими' процессами, происходящими в системе "ьал-ППРВ''.

. Католическое, алгоритмическое и программное обеспечение расчет.! гидродинак-лчоского опорного ГЯЗВ в виде комплекта прикладной и; ограмч внедрено на ДО "!СгшАЗ". По заказам этого предприятия зы-

ьы еоапрние параметрические исследования характеристик опор-

II.

Pik".5. Сравнение рас<«Т1Ш.Ч и.эгаперни-знтальш« датых

лого узла турбокомпрессора ТКРУС-5. С целью снижения потерь мощности на трение в опорном узде и амплитуд колебаний ротора ь среднем на 20% шло предложено изменить соотношение радиусов % до 1,4. ..1,5 и увеличить соотношение ширины ?2 ДО ..1,3 за счет подрезки внутренней поверхности втулки. Рекомендации приняты к внедрению.

Приборное оснащение стенда, разработанные программа и методика проведения и обработки результатов экспериментальных исследований также внедрены в опытно-промышленное производство и используются при определении характеристик и отоаботка опорных узлов турбокомпрессоров дли наддува двигателей различных типоразмеров и модификаций.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ШВ0Д1

1. Анализ конструкций и современных методов расчета статически и динамически нагруженных гидродинамических опорных подшипников с плавающей вращающейся втулкой показал, что:

-ПИВЕ отличаются простотой конструкции, низкими потерями мощности на трение, высокой демпфирующей способностью и находят широкое применение в качестве опорных узлов различию* роторных машин;'.

-известные методы расчета нэ позволяют определить ьось комплекс выходных параметров ПЛЕВ при произвольном характере силовых воздействий при заданных условиях педачи смазки и. температурном рокиме работы.

2. Разработана'математическая модель, описывающая процессы в омрэочша. слоях подшипника скольжения с плавающей ВВ. При этом учитывается нестационарный ьнд нагрукения, влияние условий подачи смазки и тел.тавие эфф?ягы в ШШВ: зависимость динамической вязкости смазки от температуры и температурные деформации деталей подшипника.

Я Представлен аффектиьны^ метод реализации предлагаемой математической модели, разработано его алгоритмическое и программное обеспечение. Результатом решения гадачи расчета ППВВ являемся комплекс выходных параметров, прямо или косвенно характеризующих виброустойчиюсть ротора, работоспособность и экономичность подшипника. ' ■ .

4. Проведено «расчетное параметрическое исследование характеристик ППБВ в широком диапазоне изменения основных релз-лшых и геометрических параметров, которое показало, что,-

-существенное влияние на статические выходные характеристики подшипника оказывают режимный параметр S и геометрические параметры £ . £ , £ . При высоких значениях S необходим учет реальных условий теплообмена смазки с деталями подшипника;

-на основные характеристики динамически нагруженных ПГ13В существенно влияют частота вращения вала, его неуравновешенность, а также соотношения геометрических размеров £ , и f¿ ;

-рассматриваемый подшипник может удовлетворительно работать в области неустойчивого равновесного поломения центров вала и втулки. Выявлено несколько режимов работы ШЗВ в этой области. К возникновению автоколебаний приводят повыаение частоты вращения п, , снижение удельной нагрузки на подшипник р„,, повышение давления подачи Ро и аязкости смазки JM0, а гага« изменение геометрических параметров подзипника. Увеличение динамической нагрузки приводит к подавлению низкочастотных вибраций;

-результату параметрического анализа удовлетворительно согласуются с полученными в сопоставимых условиях расчетными и экспериментальными данными других авторов;

-при расчете динамической системы "Еал-ППВС" необходим анализ режима работы и основных характеристик подшипника во всем диапазоне изменения входных резшмных и геометрических параметров подшипника.

5. Экспериментальным путем получен комплекс выходных параметров и проведено исследование основных характеристик узла под-иипииков с ЕВ опытного ' турбокомпрессора для наддува двигателя ТКР7С-5. Экспериментальные и расчетные данные в целом согласуются удовлетворительно. Проведенньй параметрический анализ опорного узла с ППВВ турбокомпрессора ТКР7С-5 позволил сформулировать рекомендации по выбору оптимальных конструктивных параметров подшипника.

6. Результаты выполненной работы в виде приборного оснащения стенда, разработанной программы и методики проведения и обработки результатов исследований, пакета программ расчета ППВВ внедрены на АО"КамАЗ". Они используются при исследовании, отработке конструкций, расчетах и проектировании опорных узлов с ВВ турбокомпрессоров для наддува двигателей различных типоразмеров и модификаций.

По теме диссертации опубликованы следующие работы: 1. Шитиксв И. А. , Палладий А. Е , Максимов а А. , £осо С. Л. Исследование характеристик подшипникового узла с ьр&хму^Л'уа

17

втулкой с целью оптимизации его геометрических размеров // Тез-докл. IX мэкдупародкой научно-технической конференции по коылрес-соростроению. - Казань, 1993. - 0.148-149.

2. Хафизов Р. X , Гатаухлин ЕД., Гаев Е. П., Палладий Л. В., Шитиков И. А., Крачки Е В. Экспериментальное исследование подшипниковых узлов турбокомпрессора ТКР7 для наддува ДЕигателей // Тег докл. IX международной научно-технической конференции по компрес-соростроениа. -V Казань, 1993. - 0,147-148.

3. Шизиков К. Л., Палладий Л. Е , Максимов* В. А. Расчет динамических характеристик' подшипникового. узла с вращающейся втулкой турбокомпрессора для наддува дв:ига?ехгй // Компрессорная техника и пневматика, АСКОЬЛл 1003. - К 2. - С. 31-34.

4.. Хафизов Р. X.Гатаудшш ЕА., Гаев Е. Е , Палладий А. Е , Шинков II. А.,' Крамин В. Е ©кспоргкзнтальксе исследование подшп-ншсое-ых узлов турбоко>.шроссора ТКР7С для наддува двигателей // Компрессорная техника и пнеиатика, АСНОМП. 1993. - !') 2. - с. 35-3')

5. Ёктиков И. А., Паддадпй А. Е , Максимов ЕА. Тепловой и гидродинамический расчет подшипникового узла с вращающейся втулкой // Гез.дом. на научно-техническом семинаре "Внутрикамернкз процесса Струйная акустика и диагностика" в КВВКИУ РВ км. М. Е Чистякова. - Казань, 1994. - С. 50-51.

6. Шитиков И. А., Максимов ЕЛ,,. Палладий А. Е Термогидроди-на>.кческая смазка опорных подыыншов с пдавахтай втулкой высокоскоростной турбомааин // Тез. докл.' X международной научно-технической конференции по компрессорной технике. - Казань! 1995. - С. 198-199. . ;

7. Еггикоь И, А., Палладий А. Е , Иаксишв Е А. Расчетные исследования подшипника скольжения с врашаэдзйся втулкой // Тез. докл. международной каучдо-технкческоя конференции "Шханика к«а-шностроения" ММ-95... - Ваберегже Челны, 1995. - С. 123-124..,

8. Шитиков 11 А.,'» Палладий А. Е , Максимов В. А. Параметрическое исследование характеристик подшпника скольжения с врагаадэй-ся втулкой // Тез. докл. международной научно-технической конференции "Вакуум-96". - Казань, 1996. - С. 53.

Соис^едь . И. А. Шитиков

Заказ. Я Тираж 92 экз.

Офсетная лаборатория КГТУ 420015, Казань, уд. К. Маркса, 68